制药分离工程第十章 离 子 交 换

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1、第十章离子交换IonExchange通过本章学习应掌握以下内容：什么是离子交换？离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？离子交换的机理是什么？基本的离子交换操作是怎样的？第一节概述一、离子交换法离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。与其它吸附过程相比：主要吸附水中离子态物质；交换剂上的离子和水中离子进行“等当量”的交换。第一节概述二、发展1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；1876年Lemberg揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；1935年人工合成了离子交换树脂；1

2、940年应用于工业生产；1951年我国开始合成树脂。第一节概述(一)给水处理硬水软化、脱盐。纯水、高纯水的制备。(二)废水处理废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+(三)工业生产产品的提纯三、应用第一节概述1去除率高，净化效果好；2可做到污染物的回收利用；3对废水的预处理要求较高；4树脂再生液需要进一步处置。四、特点第二节离子交换树脂固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。一、离子交换树脂(一)组成离子交换树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙

3、烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体第二节离子交换树脂(二)树脂分类按选择性按结构离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3H图中以波形线条代表树脂的骨架，活性基团磺酸基（—SO3H）。聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂

4、R代表树脂的骨架，与Na+发生交换交换过程：洗脱或再生离子交换树脂可简写为：R-H树脂的网络骨架二、离子交换树脂的种类离子交换树脂阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂特殊的离子交换树脂1、阳离子交换树脂交换基是酸性基团,它的H+能交换阳离子的树脂为阳离子交换树脂。据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。OH强酸性中等酸性弱酸性(1)强酸性阳离子交换树脂含有强酸性活泼基团-SO3H,可分为聚苯乙烯型和酚醛型。特点：淡黄色球状颗粒；化学稳定性好，耐磨

5、性好；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；交换反应速度快；无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂（2）弱酸性阳离子交换树脂含有弱酸性活泼基团，如：-COOH、-OH等。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。磺酸型阳离子交换树脂与钠离子的交换反应:R—SO3H+Na+＝R-SO3Na+H+式中R代表树脂的骨架交换基是碱性基团，能交换阴离子的树脂。2、阴离子交换树脂（1）强碱性阴离子交换树脂具有强碱性的活泼基团：-CH2N(CH3)3+Cl-特性：淡黄色的球状颗粒；对强酸根和弱酸根都能交换；对酸碱氧化剂及某些有

6、机溶剂都比较稳定；在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液中pH值影响。（2）弱碱性阴离子交换树脂具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl--CH2NH2(CH3)+Cl--CH2NH(CH3)2+Cl-此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂3、特殊的离子交换树脂螯合树脂：特点：高选择性和高稳定性。稳定性是由于它与金属离子形成了内络盐的缘故，选择性主要决定于树脂中螯合基的结构。分类：螯合树脂按其含有的官能团区分，大致分为亚氨二乙酸型树脂，偶氮、偶氮胂、8-羟基喹啉类树脂、水杨酸树脂、

7、葡萄糖型树脂等。具有高选择性的离子交换树脂选择性好，可用于阴、阳离子的分离。微孔树脂（凝胶型树脂）：网孔2-4nm，比表面一般为2-120m2/g。大孔径树脂（大网树脂）：网孔20-120nm，比表面一般为0.1m2/g。有较好的机械性能。大孔径树脂二、树脂的特性第二节离子交换树脂(一)外观形状：透明或半透明的球状珠体。颜色：白、浅黄、赤褐色。(二)含水率树脂孔隙内所含的水分，一般在40%～69%。与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。(三)密度干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。湿真密度：在水中

8、充分溶胀后湿树脂本身的密度。表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密度)。单位均为mg/L.第二节离子交换树脂(四)交联度交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%~10%。交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。在水中浸泡，形变小，较稳定。(五)溶胀性吸水后体积增大的现象。溶胀